高性能混凝土中的集料研究.doc

高性能混凝土中的集料研究 摘要:试验研究了粗集料最大粒径、级配、针片状含量以及不同胶凝材料用量、不同水胶比条件下,砂率对高强高性能混凝土坍落度和力学性能的影响。结果表明,在本研究试验条件下,对高强高性能混凝土强度而言,粗集料存在最佳的最大粒径、级配、最优针片状含量以及最佳砂率。 关键词:集料;级配;砂率;高强高性能混凝土;强度;坍落度 混凝土中,集料体积占总体积的3/4,集料的最大粒径、颗粒形状、弹性模量等均会对混凝土的强度、碱-集料反应、体积稳定性以及耐久性等性能产生重要的影响。普通混凝土中,集料强度通常比水泥石和界面强度高,集料的影响不甚明显;而高强高性能混凝土中的水泥石强度和界面强度均较高,承载时集料受压破坏的几率大大增加,因而集料性质对高强高性能混凝土力学性能的影响不容忽视。 1粗集料对高强高性能混凝土性能的影响 1.1试验条件 (1)混凝土配合比为:水泥(C)∶矿渣(Slag)∶砂(S)∶石子(G)=1∶0.5∶1.63∶2.45; (2)调整用水量,保持混凝土坍落度为20±2 cm。 1.2粗集料最大粒径对混凝土抗压强度的影响 试验选取5个档次最大粒径的石子:40.0 mm,31.5mm,25.0 mm,20.0 mm,16.0 mm,同时适当调整其各级累计筛余,使之完全符合JGJ 53-92《普通混凝土用碎石或卵 石质量标准及检验方法》的要求。图1是混凝土7 d、28 d抗压强度与粗集料最大粒径的关系趋势图。 由图1可见,粗集料最大粒径为20 mm的混凝土,7和28 d龄期抗压强度最高。这说明在一定的水泥用量与砂率条件下,混凝土的抗压强度存在粗集料最大粒径效应。 1.3粗集料级配对混凝土抗压强度的影响研究资料表明,级配良好的集料具有较大的堆积密度并发现在其它条件相同的情况下,堆积密度最大的集料,其级配是比较理想的。为了得到石子的最紧密堆积,用不同大(Dmin10 mm)小(Dmax10 mm)的石子拌和,以找出某种符合条件的粗、细石子的比例,试验结果见图2。 由图2可见,石子的堆积密度并不是随粗档石子含量的增加而逐渐增大,也不是随之增加而简单降低,而是存在一个合适的粗、细石子比例。处于恰当比例时,石子堆积密度最大。根据以上试验结果,在配合比C∶Slag∶S∶G=0.67∶0.33∶1.63∶1.09,采用42.5级普通硅酸盐水泥,胶凝材料用量为600 kg/m3(掺优质磨细宝田矿渣,掺量为胶凝材料用量的1/3,等量取代水泥),高效减水剂(自制)掺量为1%的条件下,研讨粗集料级配对混凝土抗压强度的影响 (见表1)。 　　 注:A1—原始级配石子;A2—改变级配石子;A3—从连续级配 的石子中,筛分出公称粒级10~20 mm的单粒级石子。 从表1可见: (1)在其它条件完全相同的情况下,粗集料级配改变导致混凝土28 d抗压强度变化近10%。 (2)改变级配后的石子,其实只是粗档石子(10 mm)的体积含量改变,即由56.6%提高到70.0%,而抗压强度却有了较大提高。这与图2中粗石子的体积含量在70%时,集料堆积密度最大相对应。 1.4　粗集料粒形对混凝土性能的影响 调整粗集料中针片状颗粒的含量分别为2%、7%、12%、17%和22%,并拌制与之对应的5组混凝土试样进行对比,配合比均为:(C+Slag)∶S∶G∶W=1∶1.09∶1.63∶0.298, 试验结果见表2。 　由表2可见,存在一个最佳针片状含量值(12%),在这个值附近,混凝土的抗压强度最高。针片状集料与一般粒形集料并没有本质区别,主要特点是比表面积较大并有较多尖锐棱角。掺入针片状的粗集料,会影响集料的振实堆积密度,图3为针片状粗集料含量与振实堆积密度的关系。 图3　针片状粗集料含量与堆积密度的关系 由图3可见,堆积密度随针片状粗集料含量的增加先增后减,充分证明针片状粗集料的掺入对单位质量的粗集料整体体积有显著影响。本试验条件下,重要的峰值出现在针片状粗集料含量占粗集料总体积12%左右。 2　砂率对高强高性能混凝土性能的影响 2.1　胶凝材料用量不同时砂率对混凝土性能影响 表3是胶凝材料用量分别为600 kg/m3、550 kg/m3时 砂率对混凝土坍落度和抗压强度影响的试验结果。 表3　胶凝材料用量不同时砂率对混凝土性能影响 　　 表3的试验结果表明: (1)当胶凝材料用量为550 kg/m3时,混凝土的坍落度随砂率的变化趋势与胶凝材料用量为600 kg/m3的混凝土相似,即坍落度先随砂率的增大而逐渐增加,而后又降低这表明混凝土坍落度与砂率并不是一个简单的线性关系,而是存在一个最佳值,且这个最佳值随胶凝材料用量的增加而相应降低。 (2)砂率对抗压强度的影响存在同样的变化趋势,即抗压强度与砂率并不是一个简单的线性关系,而是存在最佳砂率值。